周立功ARM嵌入式系统 课后习题

第1章思考与练习

1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子

答：红绿灯控制，数字空调，机顶盒

2、什么叫嵌入式系统

答：以应用为中心，计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

3 、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？

答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。

嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)

嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)

嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP

嵌入式片上系统(System On Chip)

4 、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？

答：是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。

第二章

1 、ARM7TDMI 中的T 、D 、M 、I 的含义是什么？

答：64 位乘法指令（带M 后缀的）、支持片上调试（带 D 后缀的）、高密度16 位的Thumb指令机扩展（带T 后缀的）和EmbededICE 观察点硬件（带I 后缀的）

2 、ARM7TDMI 采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？

答：三级流水线（取指译码执行）；使用了冯·诺依曼（V on Neumann ）结构，指令和数据共用一条32 位总线。

3 、ARM 处理器模式和ARM 处理器状态有何区别？

答：处理器模式指的是处理器在执行程序时在不同时刻所处的不同状态，处理器状态指的是处理器当前所执行的指令集。

4、分别列举ARM的处理器模式和状态。

状态：

ARM状态32位，这种状态下执行的是字方式的ARM指令

Thumb状态16位，这种状态下执行半字节方式的Thumb指令

模式：

用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式。

5、PC和LR分别使用哪个寄存器？

答：PC使用R15寄存器，LR使用R14寄存器

6、R13寄存器的通用功能是什么？

答：堆栈指针

7、CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？

答：位31~28：N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：保留位；T、M4~0，控制标志位8、描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断？

答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断时能；当控制位F置位时，FIQ中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。

9、定义R0=0x12345678,假设使用存储指令将R0的值存放在0x4000单元中。如果存储器格

式大端格式，请写出在执行加载指令存储器0x4000单元的内容取出存放到R2寄存器操作后所得R2的值。如果储存器格式改为小端格式，所得的R2值又为多少？低地址0x4000单元的字节内容分别是多少？

答：无论是大端格式还是小端格式，R2的值与R1一致；地址0x4000单元的字节：大端：0x12、小端：0x78。

10、请描述一下ARM7TDMI产生异常的条件是什么？各种异常会使处理器进入哪种模式？进入异常时内核有何操作？各种异常的返回指令又是什么？

答：【异常】【模式】【返回指令】

复位管理无

未定义指令未定义MOVS PC,R14

软件中断管理MOVS PC,R14

预取指中止中止SUBS PC,R14,#4

数据中止中止SUBS PC,R14,#8

IRQ 中断SUBS PC,R14,#4

FIQ 快速中断SUBS PC,R14,#4

进入异常时,内核自动做：PC→LR、CPSR→相应异常模式下的SPSR、设置CPSR为相应的异常模式、相应异常处理程序的中断入口向量地址→PC。第三章

1、基础知识

（1）ARM7TDMI(-S)有几种寻址方式？“LDR R1,[R0,#0x08]”属于哪种寻址方式？

答：有8种寻址方式：1.寄存器寻址2.立即寻址3.寄存器位寻址4.寄存器间接寻址5.基址寻址6.多址寻址7.堆栈寻址8.相对寻址：“LDR R1，[R0，#0X08]”属于基址寻址。（2）ARM指令的条件码有多少个？默认条件码是什么？

答：16个；AL。

(3)ARM指令中的第2个操作数有哪几种形式？列举5个8位图立即数。

答：1.常数表达式(8位图) 2.寄存器方式3.寄存器移位方式；0x3FC、0、0xF0000000、200、0xF0000001。

(4)LDR/STR指令的偏移形式有哪4种？LDRB指令和LDRSB指令有何区别？

答：1.零偏移 2.前索引偏移3.程序相对偏移4.后索引偏移；LDRB：加载无符号字节数据，LDRSB加载有符号字节数据

(5)请指出MOV指令与LDR加载指令的区别及用途？

答：MOV指令的源操作数是常数或（带偏移量的）寄存器，用于寄存器之间的数据传送；LDR指令的源操作数是地址，用于存储器到寄存器的数据传送。

(6)CMP指令是如何执行的？写一程序，判断R1的值是否大于0x30，是则将R1减去0x30。答：CMP指令将Rn-operand2，根据结果更新CPSR中的相应条件标志位。

CMP R1,0x30

SUBHI R1,0x30

(7)调用子程序是用B指令还是用BL指令？请写出返回子程序的指令。

答：用BL；MOV PC,R14。

(8)请指出LDR伪指令的用法。指令格式与LDR加载指令的区别是什么？

答：用法：LDR{cond} Rd,=立即数/标号+立即数；LDR伪指令的源操作数是代表一个常数，LDR加载指令的源操作数代表一个地址。

(9)ARM状态与Thumb状态的切换指令是什么？请举例说明。

答：BX；

;从ARM状态切换到Thumb状态

CODE32

LDR R0,=Lable+1

BX R0

CODE16

Lable MOV R1,#12

;从Thumb状态切换到ARM状态

CODE16

LDR R0,=Lable

BX R0

CODE32

Lable MOV R1,#10

(10)Thumb状态与ARM状态的寄存器有区别吗？Thumb指令对哪些寄存器的访问受到一定限制？

答：有区别；R8~R15。

(11)Thumb指令集的堆栈入栈、出栈指令是哪两条？

答：PUSH、POP。

(12)Thumb指令集的BL指令转移范围为何能达到±4MB？其指令编码是怎样的？

答：BL指令事实上是两条指令，其编码为：11110{地址偏移高11位}、11111{地址偏移低11位}，地址编码22位，再左移一位(半字对齐)，23位地址寻址8MB，即±4MB。

2.有符号和无符号加法

答：

(1)

0xFFFF000F (A)

＋0x0000FFF1 (B)

——————

(0x00000000)

NZCV=0110

如果两个操作数是有符号数，A是负数，B是正数，和是0，没有溢出，所以V=0。

如果两个操作数是无符号数，和是0，有进位，所以C=1。

(2)

0x7FFFFFFF (A)

＋0x02345678 (B)

——————

(0x82345677)

NZCV=1001

如果两个操作数是有符号数，A是正数，B是正数，和是负数，有溢出，所以V=1。

如果两个操作数是无符号数，没有进位，所以C=0。

(3)

67654321 (A)

＋23110000 (B)

——————

(0x0568F421)

NZCV=0000

如果两个操作数是有符号数，A是正数，B是正数，和是正数，没有溢出，所以V=0。

如果两个操作数是无符号数，没有进位，所以C=0。

第4章

1.基础知识

（1）LPC2114可使用的外部晶振频率范围是多少？（提示使用/不使用PLL功能时）

答：不使用时，1~30MHz；使用PLL或ISP时，10~25MHz。

（2）请描述一下LPC2210 的PO.14 、P1.20 、P1.26 、BOOT1 和BOOT0 引脚在芯片复位时分别有什么作用？并简单说明LPC2000 系列ARM7 微控制器的复位处理流程。答：P0.14 的低电平强制片内引导装载程序复位后控制器件的操作，即进入ISP状态。

P1.20 的低电平使P1.25 ～P1.16 复位后用作跟踪端口。

P1.26 的低电平使P1.31 ～P1.26 复位后用作一个调试端口。

当RESET 为低时，BOOT0 与BOOT1 一同控制引导和内部操作。引脚的内部上拉确保了引脚未连接时呈现高电平。

外部复位输入：当该引脚为低电平时，器件复位，I/O 口和外围功能进入默认状态，处理器从地址0 开始执行程序。复位信号是具有迟滞作用的TTL 电平。

（3）LPC2000 系列ARM7 微控制器对向量表有何要求（向量表中的保留字）？

答：向量表所有数据32 位累加和为零(0x00000000 ～0x0000001C 的8 个字的机器码累加) ，才能脱机运行用户程序，这是LPC2114/2124/2212/2214 的特性。

（4）如何启动LPC2000 系列ARM7 微控制器的ISP功能？相关电路应该如何设计？答：

（5）LPC2000 系列ARM7 微控制器片内Flash 是多位宽度的接口？它是通过哪个功能模块来提高Flash 的访问速度？

答：128 位, 通过存储器加速模块（MAM ）来提高Flash 的访问速度

（6）若LPC2210 的BANK0 存储块使用32 位总线，访问BANK0 时，地址线A1 、A0 是否有效？EMC 模块中的BLSO~BLS4 具有什么功能？

答：无效,( 如果存储器组配置成16 位宽, 则不需要A0 ；8 位宽的存储器组需要使用A0 。) ；字节定位选择信号。

（7）LPC2000 系列ARM7 微控制器具有引脚功能复用特性，那么如何设置某个引脚为指

定功能？

答：通过引脚功能选择寄存器的设定来设置某个引脚为指定功能。

（8）FIQ,IRQ有什么不同？向量IRQ和非向量IRQ有什么不同？

答：FIQ快速中断请求要求具有最高优先级。如果分配给FIQ的请求多于一个，VIC将中断请求相或后向ARM处理器产生FIQ信号。当只有一个中断被分配为FIQ时可实现最短的FIQ 等待，但如果分配给IFIQ级的中断多于1个，FIQ服务程序需要读取FIQ状态寄存器来识别产生中断请求的FIQ中断源！向量IRQ具有中等优先级。该级别可分别32个请求中断的16个。32个请求种的任意一个都可分配到16个向量IRQ slot中的任意一个，其中slot0具有最高优先级非向量IRQ的优先级最低

(9) 在使能、禁止FIQ和IRQ时，为什么操作SPSR寄存器而不操作CPSR寄存器？

(10) ARM内核对FIQ、向量IRQ和非向量IRQ的响应过程有什么不同？

（11）向量中断能嵌套吗？请结合ARM体系结构进行阐述。

（12）VIC的软件中断和ARM内核的软件中断一样吗？

（13）设置引脚为GPIO功能时，如何控制某个引脚单独输入/输出？当需要知道某个引脚当前的输出状态时，是读取IOPIN寄存器还是读取IOSET寄存器？

（14）P0.2 和P0.3 口是I2C 接口，当设置它们为GPIO 时，是否需要外接上拉电阻才能输出高电平？

（15）写出至少三种GPIO的应用实例。

答

（16）LPC2114的2个UART符合什么标准？哪一个UART可用作ISP通信？哪一个UART具有Modem接口？

（17）介绍I2C和SPI总线的特点，并介绍几款基于这两种总线的芯片。

（18）LPC2114具有几个32位定时器？PWM定时器是否可以作通用定时器使用？

（19）LPC2000系列ARM7微控制器具有哪两种低功耗模式？如何降低系统的功耗？